基于ARM的泄漏电缆入侵探测器

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摘 要： 介绍一种基于arm的泄漏电缆电场畸变入侵探测器接收机系统的设计，采用ARM7微控制器芯片作为主控单元，通过对前端电路采集来的信号进行快速傅立叶变换算法处理，达到较准确的入侵检测的目的。前端电路是经由两条平行泄漏电缆，接收并检测因入侵而产生的空间电磁场分布变化信号：场强在1μV /m～250μV /m范围内，波动频率为0.07Hz～8Hz的干扰。通过将接该高频小信号放大，送入同步正交检波电路，ARM进行FFT计算后，根据波动范围与预定阈值比较结果，判断是否发出报警信号。实际测试结果表明，该系统能有效应用于户外无人监测系统的入侵探测领域，抗干扰能力强，有效监测非法入侵信号，并及时达到报警的功能。

关键词：泄漏电缆；入侵探测器接收机；快速傅立叶变换FFT；ARM

0 引言

随着社会的发展和科技日新月异的进步，入侵探测系统已经越来越多的被广泛应用于各个领域。本设计采用的是基于面型入侵探测器中的一种泄漏电缆电场畸变入侵探测器。由于泄漏电缆接收到的电磁能量变化量（即入侵信号）是高频小信号，因此需要对该信号进行选频放大，通过前端电路处理为相差90度相移的两路信号，在经由ARM处理器的A/D采集，计算比较，达到入侵检测的目的。

该系统具有有效监测非法入侵信号，并及时达到报警的功能。信号采集处理部分运用软件算法实现，摒弃了常规做法。硬件比较器模块能有效应用于户外无人监测系统的入侵探测领域，可全天候工作，抗干扰能力强。立体式防范区域覆盖范围界线明显，可做到无死角防范。

1 系统设计论证

泄漏电缆探测系统可应用于户外、高保安，长周界的安全防范场所。一旦泄漏电缆空间电磁场的分布发生变化，接收到的电磁能量也将随之发生变化，本设计就是对该变化信号（入侵信号）进行接收和探测。

2 硬件电路设计

2.1 电路设计原理

本系统利用泄漏电缆在周围形成的空间电磁场分布状态，来探测变化量。一旦空间电磁场的分布状态发生变化，接收电缆收到的电磁能量就会发生变化，这个变化量就是入侵信号。

高频小信号处理部分，采用双栅场效应管进行高频小信号放大，再经正交同步检波电路，利用双平衡混频器及振荡器与经90度RC相移电路处理放大后的信号，得到两路相乘的参考信号，使信号成为具有相同幅值、零相位的两路信号。带通滤波器处理后，得到最终想要的频段信号，再次放大处理后送入ARM控制器的A/D进行采集。

为了使系统高效可靠的运行，考虑选择一款较高端的ARM7芯片，采用嵌入式操作系统μCOS-II。对操作系统初始化后，建立四个任务：三个CAT5113控制任务和A/D采集任务。

三个控制任务是对100抽头可编程数字电位器CAT5113进行控制，使用程序代码调整，实现更精准的目的。A/D采集任务，采用ARM的10位2路A/D采集信号，采样频率设定100Hz，采样分辨率为0.1Hz。由于要对A/D进行采样调试，程序中添加了串口程序，以便串口调试。采用快速傅立叶变换处理，根据采样分辨率和采样频率可以得到：采样点数=采样频率/采样分辨率。

4 结论

本设计主要优点是采用数字集成器，利用算法精确计算，实现前端系统电路设计。摒弃了传统硬件入侵检测机的方案。软件设计部分采用嵌入式操作系统μC/OS-II，使整个系统运行效率大大提高，优化资源代码。数据处理方面采用了FFT算法，数据由时域变换到频域、幅值，相比传统的入侵检测系统有较好的改进，可根据需求频率范围内的特定频率，进行阈值设定，更大的降低误报率，排除由于环境、天气、动物等干扰因素而造成的误报，达到误报漏报率低、检测精度高的目的。

参考文献：

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作者简介：

董庆南（1985-），女，汉族，黑龙江省大庆人，学士学位，助理工程师，主要从事信息系统终端安全、系统安全风险评估、通信网络运维工作。